全 文 ：第 7期
湖泊是地球上重要的淡水蓄积库，地表上可利
用的淡水资源 90%都蓄积在湖泊里。因此湖泊与人类
的生产、生活密切相关，具有很重要的社会、生态功
能，如调水防洪，生产、生活水源地，水产养殖，观光
旅游等。但是随着经济和城市化的迅速发展，水体富营
养化趋势日益严重[1]。由于严重的水体富营养化，我国
已经成为世界上蓝藻水华暴发最严重、水华蓝藻种类
最多、分布最广泛的国家之一[2]。藻类水华暴发会导致
水体缺氧、鱼类死亡、产生异味与藻毒素等，进而影响
湖泊水功能，给湖区人民的正常生产和生活产生严重
影响。防治湖泊富营养化和藻类水华是当代资源、环
境、生态领域重大的科学和技术问题与热点之一。
水生植物的存在可以提高水体净化的效率。它们
一方面能吸收水体中的营养物质，为水中营养物质提
供输出的渠道[3]，对调节湖泊的功能和生态平衡起着
非常重要的作用；另一方面，它们能够分泌抑制藻类
生长的化感物质，起到修复、净化富营养化水体的作
用，而且，这些化感物质是水生植物生长过程中产生
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http：//fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2010-04-22；修回 2010-09-15
基金项目：国家自然科学基金项目资助（30870221，50808172，20877093）；国家“十一五”水专项项目资助（2009ZX07106-002-004）；中国博士后科学
基金项目资助（20100471208）；河南城建学院科学基金重点项目资助（2010JZD004）
作者简介：王红强（1977-），男，讲师，博士，主要从事水生态恢复研究，（电话）0375-2089079（电子信箱）wanghq77@yahoo.com.cn；*通讯作者，（电子
信箱）wuzb@ihb.ac.cn。
Environmental Science & Technology
第 34卷 第 7期
2011年 7月
Vol. 34 No.7
Jul. 2011
王红强，张丽萍，张胜花，等.伊乐藻中有机酸的 GC- MS分析及其抑藻作用研究[J].环境科学与技术, 2011, 34(7)：23- 26. WangHong- qiang，Zhu Hui- jie,
Sheng- hua，et al. Organic acid from Elodea nuttallii by GC- MS and Its Inhibitory Effects on Algae Growth[J]. Environmental Science & Technology, 2011,
34(7)：23- 26.
伊乐藻中有机酸的GC- MS分析及其抑藻作用研究
王红强 1，2， 朱慧杰 1， 张丽萍 2， 张胜花 3， 刘碧云 2， 胡陈艳 2， 葛芳杰 2， 吴振斌 2*
（1.河南城建学院环境与市政工程系，河南 平顶山 467044；
2.中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北 武汉 430072；
3.云南大学工程技术研究院，云南 昆明 650091）
摘 要：防治湖泊富营养化和藻类水华是当代资源、环境、生态领域重大的科学和技术问题与热点之一。利用水生植物化感作用抑制藻
类生长作为一种新型的生物抑藻技术在近年来开始受到研究者的重视，并取得了一定的研究成果。文章采用气相色谱-质谱（GC-MS）联用
技术分析了伊乐藻超纯水浸提液的乙酸乙酯萃取浸膏的化学成分，共鉴定出 20种有机酸，还研究了其乙酸乙酯萃取浸膏对铜绿微囊藻的化
感作用。结果表明，该总有机酸对铜绿微囊藻的生物量增长具有抑制作用。该结论为通过沉水植物恢复富营养化水体提供了重要依据。
关键词：化感作用； 伊乐藻； 有机酸； 铜绿微囊藻
中图分类号：X172 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2011.07.007 文章编号：1003-6504(2011)07-0023-04
Organic Acid from Elodea nuttallii by GC-MS and Its Inhibitory
Effects on Algae Growth
WANG Hong-qiang1，2， ZHU Hui-jie1， ZHANG Li-ping2， ZHANG Sheng-hua3，
LIU Bi-yun2， HU Chen-yan2， GE Fang-jie2， WU Zhen-bin2*
（1.Dept. of Environmental and Municipal Engineering，Henan University of Urban Construction，Pingdingshan 467044，China；
2. State Key Lab of Freshwater Ecology and Biotechnology，Institute of Hydrobiology，CAS，Wuhan 430072，China；
3.Research Institute of Engineering and Technology，Yunnan University，Kunming 650091，China）
Abstract：This paper describes a lab-scaled experiment in which ethyl acetate of aqueous extract from Elodea nuttallii，
species of submerged macrophytes，is analyzed by GC-MS and the allelopathic effect of ethyl acetate fraction on Microcystin
aeruginosa is investigated. A total of 23 organic acids are identified and there is evidence that ethyl acetate fraction plays an
active role in inhibiting growth of M. Aeruginosa. It is considered that the result could be useful in alleviation of waters
eutrophication.
Key words：allelopathic activity；Elodea nuttallii；organic acid；Microcystin aeruginosa
第 34卷
的次生代谢物质，一般能在自然条件下降解，不会在
生态系统中长期积累，生态安全性好。将化感物质应
用于藻类控制具有良好的应用前景[4]。利用植物化感
作用抑制有害藻类已有报道[5-6]，并且张薛和胡洪营[7]
发现桔皮水提液能显著抑制铜绿微囊藻的生长，当
桔皮（干质量）水提液投加质量浓度大于 1.0 g/L时，
培养 10 d 时对铜绿微囊藻生长的抑制率可超过90%，
抑制率随桔皮水提液投加质量浓度的升高而增大；当
桔皮水提液的投加质量浓度低于 0.1 g/L时，抑藻效
果不明显。但有关伊乐藻水浸提液中有机酸对藻类抑
制作用的研究，尚未见报道。
伊乐藻（Elodea nuttallii）是种子植物门被子植物
亚门单子叶植物纲水鳖科植物，多年生沉水植物，往
往被选做湖泊水生植物恢复的先锋种。本章研究了伊
乐藻水浸提液中有机酸的化学成分及其化感作用，为
利用伊乐藻化感作用控制富营养化水体藻类爆发提
供参考依据。
1 材料和方法
1.1 实验材料
伊乐藻（Elodea nuttallii）采自湖北洪湖。
实验所用藻种为产毒铜绿微囊藻（Microcystis
aeruginosa）FACHB942和 FACHB469（来自中国科学
院水生生物研究所藻种保藏中心），保存在 BG11培
养基中[8]，培养条件为 25 ℃，光暗比为 12 h∶12 h，照度
为 2 500 lux，实验前在该条件下培养 4 d，直至藻浓
度达到 105~106 个/mL。
1.2 实验方法
1.2.1 化学成分的提取
伊乐藻洗净、晾干、粉碎，室温下 14.0 g的粉末用
300 mL超纯水浸提 48 h，GF/C 玻璃纤维膜（47 mm，
1.2 μm，购买于Whatman Maidstone，UK）抽滤。图 1
表明了研究中使用的所有步骤，即室温下，滤液用 2
mol/L的 NaOH调节 pH至 12，然后 6 000 r/min离心
10 min，将上清液转移至分液漏斗中用色谱纯正己烷
萃取 3 次，合并有机相提取液，减压蒸馏回收溶剂。再
加 2 mol/L的 HCl调节水相的 pH 至 5，乙酸乙酯提
取多次，合并乙酸乙酯提取液，无水硫酸钠干燥，减压
回收溶剂，低温干燥，取得总有机酸 21.2 mg。在 4 ℃
下保存待用。
1.2.2 GC-MS分析
取适量干燥的乙酸乙酯提取物加入 0.1 mL
BSTFA 衍生化试剂，混合均匀后在 80 ℃烘箱中加热
2 h，衍生化完全后进行仪器分析。
气质分析采用 6890N-5973inert气质联用仪。GC条
件：色谱柱 HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm），载气
为高纯 He，进样口温度 250 ℃，不分流进样模式，进
样量 1 μL，柱流速 1 mL/min，程序升温，起始温度
60 ℃，保持 1 min，以 4 ℃/min 升到 260 ℃，保持 20
min。
MS条件：EI离子源，电子能量 70 eV，离子源温
度 230℃，四极杆温度 150℃，质量扫描范围 50~450
amu。样品各组分的质谱数据，参照 NIST02标准谱
库，鉴定各组分的化学结构。
1.2.3 藻类生物测试
植物释放的亲脂性化感物质一般需用少量的有
机溶剂助溶后再进行生物测试，常用溶剂为二甲亚砜
（DMSO），已有报道证实 DMSO 在体积分数为 0.05%
时，对铜绿微囊藻的生长影响不大[9]。因此在后面的抑
藻实验中，DMSO 的浓度采用 0.03% 。
抑藻试验根据美国 EPA 方法[10]，取适量的藻类测
试物质用 DMSO助溶，用适量的经高压灭菌的藻类培
养基稀释到 50 mL。然后，取 30 mL处于对数生长期的
铜绿微囊藻于 100 mL经高压灭菌的锥形瓶中，加入适
量的测试物质混合均匀，在温度 25 ℃，光照强度
2 500 Lux，光暗比 12 h： 12 h条件下培养 72 h。用血球
记数板在显微镜下计数藻细胞的数量，每个实验三个平
行。在对照组中，藻类测试物质用藻类培养基代替。在某
一浓度下的百分生长抑制速率（Iμt）可根据下式计算：
Iμt= 100×（μc-μ t）/μc，μ=（lnNn-lnN0）/（tn- t0）
式中，μc 是对照组平均生长速率，μt 是受试物在
某一浓度下的平均生长速率，N0 是在实验开始时（t0）
的藻细胞浓度，个/mL，Nn是在测量时间时（tn）的藻细
胞浓度，个/mL。
计算出各个浓度对应的百分生长抑制速率后，根
据（ISO 8692）[11]的方法计算出该化合物的 ErC50值。
1.2.4 数据统计
对照组与处理组藻细胞浓度的比较采用 t检验。
P<0.05 表示有显著性差异；P<0.01表示有极显著性
差异。
24
第 7期
2 结果
从表 1中和图 2中可以看出，伊乐藻水浸提液乙
酸乙酯萃取部分经气质联用仪分析共鉴定出 23种成
分。除两种有机醇和一种苯酚外，其余主要组成物质
为有机酸。脂肪酸、羟基脂肪酸和酚酸是主要组成部
分，含量超过 1%的组分为棕榈酸、对羟基苯丙酸（表
1）。乙酸乙酯萃取部分总有机酸的藻类实验测试结果
表明，当萃取物的浓度为 60.0 mg/L时，其对铜绿微囊
藻的生长抑制率为 47.7%。
3 讨论
有关陆生植物水浸提液对植物种子萌发或者幼
苗的化感作用多有报道。例如，张福娣等[12]研究了不
同来源鱼腥草水提液对莴苣、萝卜、白菜的化感效应。
寇建村等[13]发现 10 个苜蓿品种根、茎、叶水提液均对
受体苜蓿种子发芽和幼苗生长存在抑制作用。李逢雨
等[14]采用室内培养实验，通过测定水稻秸秆水浸提液
对小麦发芽率、幼苗高度和根长的影响，研究了不同
浸提液浓度对小麦幼苗的化感作用。有关水生植物水
浸提液化感作用也有报道，李锋民等[15]研究了芦苇等
7 种大型水生植物以及芦苇不同部位的浸出液对蛋
白核小球藻的化感作用。结果显示，所有受试植物的
浸出液均对蛋白核小球藻产生抑制作用，并减少了稳
定期的藻产量。
本文对沉水植物伊乐藻中总有机酸的化感作用
进行了研究，其藻类实验测试结果表明，该总有机酸
对铜绿微囊藻有生长抑制作用。杨琳等[16]采用玻璃水
族箱及恒温光照培养箱，分别研究了两种沉水植物
伊乐藻和蓖齿眼子菜的浸提液对斜生栅藻的化感效
应。伊乐藻和篦齿眼子菜 50%~90%浸提液试验组对斜
生栅藻的生长有不同程度地抑制，且抑制作用随着
浸提液浓度的增加而逐渐增强。其研究也表明了伊乐
藻具有化感作用潜力。
本文不仅对伊乐藻水浸提液的化感作用进行了
测试，还通过 GC-MS鉴定了伊乐藻中的 23种有机
酸成分，其组成和含量与先前报道的马来眼子菜和黄
丝草中的有机酸成分有所不同[17]。除了含量最高的成
分都为棕榈酸外，其余含量较高成分均有不同。Xian
等[9]也报道了金鱼藻、苦草和黑藻中的有机酸成分，和
其报道的结果相比，有机酸的组成和含量也有差别，
例如，本研究中测定的含量最高的棕榈酸在其研究中
并未发现，这可能与所研究的生物种类不同有关。植
物水浸提液中的强极性有机酸为水溶性物质更易释
放到周围环境中具有化感作用。Gross等[18]也发现狐
尾藻可以释放多酚类物质到周围的水环境中，并以此
显著抑制蓝藻的生长。这些化合物对于绿藻和硅藻的
作用却小的多，这种化感物质对不同种类的浮游藻类
的灵敏度的差异性或许影响了蓝藻和别的藻类之间
的竞争平衡，部分抑制作用是由于藻类胞外酶的配位
和失活作用。
长链脂肪酸对藻类的化感特性曾被 Proctor[19]报
道，Kroes[20]也证实了这一点。Tang等[21]报道了小麦秆
在水中降解后的短链脂肪酸可以抑制小麦幼苗的生
长。本实验中检测到的琥珀酸、壬二酸和乳酸对铜绿
微囊藻的化感作用也已被证实[9]。鲜啟鸣等[9]还报道了
其它几种脂肪酸对铜绿微囊藻的化感作用。此外，关
于酚酸的抑藻作用一些文献也有报导[22-23]。例如，苯甲
酸能够抑制受试植物根系的水力传导和对养分的吸
收，从而达到生长抑制作用[22]。Perez[24]在研究野燕麦
根系分泌物的组成及其对春小麦化感作用时也发现，
表 1 伊乐藻水浸提液 GC-MS分析结果
Table1 The analytical results of aqueous extracts from
Elodea nuttallii by GC-MS
保留时间/min 化合物 分子量
7.58 苯酚 94.11
7.74 乳酸 90.08
7.86 六酸 116.16
9.24 3-羟基丁酸 104.11
10.16 苯乙醇 122.17
10.35 2-羟基己酸 132.16
10.43 苯甲酸 122.12
10.66 八酸 144.21
11.15 苯乙酸 136.15
11.40 琥珀酸 118.09
12.10 壬酸 158.24
16.09 对羟基苯乙醇 138.17
16.43 2-羟基-3-苯基丙酸 166.18
17.19 对羟基苯甲酸 138.13
17.46 对羟基苯乙酸 152.15
17.81 3-羟基癸酸 188.27
19.85 对羟基苯丙酸 166.18
20.61 壬二酸 188.22
21.52 豆蔻酸 228.38
25.09 3-羟基十四酸 244.37
25.26 棕榈酸 256.42
26.74 十七酸 270.45
28.36 油酸 282.46
王红强，等 伊乐藻中有机酸的 GC- MS分析及其抑藻作用研究 25
第 34卷
根系分泌物中对羟基苯甲酸、香草酸、香豆素等对春
小麦胚根与胚芽生长具有明显的抑制作用。叶绿素在
植物的光合作用过程中起着十分重要的作用[25]。王思
龙等[26]研究表明，肉桂酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸等都
能够对叶绿素造成伤害，降低杉木幼苗叶绿 a 、b 的
含量。随着酚类物质浓度的升高，叶绿素的含量更
低，降低对光能的收集和转化能力及杉木光合作用
速率，从而影响了干物质的合成[26]。此外，在先前的工
作中也报道了有关乳酸和棕榈酸对铜绿微囊藻的化
感作用[17]。本研究中关于伊乐藻总有机酸的藻类实验
也表明了其化感作用的存在。
4 结论
本文采用超纯水浸提的方法提取并分离了伊乐
藻中的有机酸类化合物，并通过 GC-MS对其化学组
成进行了分析，共鉴定出了苯甲酸、对羟基苯甲酸、棕
榈酸和壬二酸等 23种成分。生物检测表明混合有机酸
提出物对铜绿微囊藻的生物量增长具有抑制作用。
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（下转第 174页）
26
第 34卷
饮水安全和卫生问题引起了全球的关注，已成为全球
性的重大战略性问题。饮用水水质评价就显得尤其重
要，SPSS软件可以很容易的对水质中不同成分数据
进行主成分分析，提取大量数据中相对影响力大的数
据，这大大简化了水质评价中大量的数据分析工作，
SPSS软件在水质评价中将得到更加广泛的运用。
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※ 致谢：成水平博士、贺锋博士、梁威博士、周巧红博士、徐栋
博士、张甬元、刘保元等先生对本研究提出许多指导意见，
在此谨表谢意。
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